Improvement on energetic efficiency and stability of AUV group based on formation configration optimization

基于编队布局优化的AUV群能量效率和稳定性提升

基本信息

批准号：
20K14978
负责人：
李根
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

1.解析・数値研究領域では、重大な進展を達成した。AUV集団の複雑な流体力学を解明するため、マルチレベル構造のハイブリッド計算モデルが開発された。AUVの個体レベルの流体力学は、乱流モデルを備えた商用CFDソフトウェアで直接計算され、更に群体レベルの解析モデルに出力された。群体レベルの解析モデルは、ポテンシャル流理論を利用し、非常に低い計算コストで大量のAUVの最適な隊列を計算できた。本研究では、2台から約100台までのAUV集団の最適な隊列を計算し、最適化の規則を見つけた。それは、各AUVが隣のAUV同士の後部の約半分体長の位置に置き、AUVの間の横方向距離をできるだけ減少、他のAUVの尾流場を避けることである。この規則より、「チェーン状」のAUV集団隊形が形成され、最小の平均エネルギー消費が達成される。研究で分かったことは、AUVの数が増加し、AUV同士の横方向の距離が減少する場合、省エネ効果が明らかになる。数十台のAUV集団の平均エネルギー消費を12％削減する効果が得られる。これらの研究成果は、今後のAUV集団の利用において重要な参考となる。研究成果は複数回の国際会議で発表され、学術雑誌への投稿が行われており、現在審査が進行中で、近い将来に正式な発表を期待する。2.工学実験領域で、JAMSTECの曳航実験水槽(波動水槽)が実験の精度要求に対応できないため、実験を一時中断、実験計画を修正、AUVが曳航水槽の台車に接続するフレームを再設計、水中用の力センサーをデザイン・特注した。次の年度，機器や備品が揃った後に実験を再開する予定がある。3.AUVの流れ場と魚の流れ場・風力発電機の流れ場には強い相関関係があるため、魚類遊泳・風力発電機に関する一連の研究も実施し、重要な研究成果と論文発表を取得した。これらの研究結果は、AUV流体力学メカニズムの研究にも参考できると考えられる。

1.分析和数值研究领域取得重大进展。开发了多级结构混合计算模型来阐明 AUV 群体的复杂流体动力学。使用带有湍流模型的商业CFD软件直接计算AUV的个体级流体动力学，然后输出到群体级分析模型。群体级分析模型利用势流理论，能够以极低的计算成本计算出大量 AUV 的最佳编队。在这项研究中，我们计算了 2 到大约 100 辆车的一组 AUV 的最佳编队，并找到了优化规则。目的是将每台AUV放置在其相邻AUV后面大约一半的体长，尽可能减少它们之间的横向距离，并避开其他AUV的尾部流场。这一规则导致形成“链状”AUV 质量编队，以实现最低的平均能耗。研究发现，随着AUV数量的增加以及它们之间的横向距离的减小，节能效果变得明显。数十艘AUV船队平均能耗可降低12%。这些研究成果将为未来AUV群体的使用提供重要参考。研究成果已在多个国际会议上发表并提交给学术期刊，目前正在审核中，预计将于近期正式发布。 2、在工程实验区，JAMSTEC的拖曳式实验水箱（波浪水箱）无法满足实验精度要求，因此实验暂停，修改了实验方案，对AUV与AUV连接的框架进行了修改。拖曳式坦克的小车经过重新设计，我们设计并定制了水下力传感器。一旦设备和物资到位，计划在下个财年重新启动实验。 3.由于AUV的流场、鱼类的流场、风力发电机的流场之间存在很强的相关性，因此我们还对游动的鱼类和风力发电机进行了一系列的研究，并取得了重要的研究成果并发表论文。这些研究成果也可为AUV水动力机理研究提供参考。

项目成果

期刊论文数量（26）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

California State University, Fresno(米国)

加州州立大学弗雷斯诺分校（美国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Fluid-Structure Interaction Research, ESPCI Paris

流固耦合研究，巴黎 ESPCI

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Group Formation of Autonomous Underwater Vehicles that Optimizes Energetic Efficiency in Cruising

自主水下航行器组队优化巡航能量效率

DOI：
10.1109/ut49729.2023.10103369
发表时间：
2023-03-06
期刊：
2023 IEEE Underwater Technology (UT)
影响因子：
0
作者：
Gen Li;R. Godoy;Lei Duan;B. Thiria
通讯作者：
B. Thiria

Intermittent versus continuous swimming: An optimization tale

DOI：
10.1103/physrevfluids.8.013101
发表时间：
2023-01-13
期刊：
Physical Review Fluids
影响因子：
2.7
作者：
Gen Li;D. Kolomenskiy;H. Liu;R. Godoy;B. Thiria
通讯作者：
B. Thiria

Burst-and-coast swimmers optimize gait by adapting unique intrinsic cycle

爆发式滑行游泳运动员通过适应独特的内在循环来优化步态

DOI：
10.1038/s42003-020-01521-z
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
5.9
作者：
Li Gen;Ashraf Intesaaf;Fran?ois Bill;Kolomenskiy Dmitry;Lechenault Fr?d?ric;Godoy;Thiria Benjamin
通讯作者：
Thiria Benjamin